Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/1843/72581
Type: Dissertação
Title: Análise evolutiva, metabólica e pangenômica de Ralstonia solanacearum
Other Titles: Evolutionary, metabolic and pangenomic analysis of Ralstonia solanacearum
Authors: Juan Carlos Ariute Oliveira
Flávia Figueira Aburjaile
Ana Maria Benko Iseppon
First Advisor: Ana Maria Benko Iseppon
First Co-advisor: Flávia Figueira Aburjaile
metadata.dc.contributor.advisor-co2: http://lattes.cnpq.br/2016464855117057
First Referee: Ana Maria Benko Iseppon
Second Referee: Flávia Figueira Aburjaile
Third Referee: José Miguel Ortega
metadata.dc.contributor.referee4: José Ribamar Ferreira Neto
Abstract: Bactérias do complexo de espécies Ralstonia solanacearum (RSSC) causam diversas fitobacterioses em culturas economicamente importantes no mundo, especialmente nos trópicos. No Brasil, os filotipos I e II são agentes causais de murcha bacteriana. Porém, não é possível distingui-los macroscopicamente. A doença do Moko, por outro lado, é causada apenas por linhagens do filotipo II. Análises com os genomas de linhagens do RSSC sugeriram que fatores de virulência e sistemas de secreção estavam envolvidos no sucesso da patogenicidade e adaptação bacteriana. Posteriormente, estudos focados no secretoma de R. solanacearum revelaram uma grande diversidade, composta majoritariamente por efetores do tipo III (T3Es) ou proteínas injetadas de Ralstonia (Rips). O secretoma desempenha funções essenciais no reconhecimento bacteriano, subversão dos mecanismos de defesa do hospedeiro, modulação metabólica, degradação da parede celular, especificidade de hospedeiros, e outras funções ainda desconhecidas. Neste trabalho, foram sequenciados e caracterizados 14 novos isolados de RSSC, das regiões norte e nordeste do Brasil, pertencentes aos ecótipos de murcha bacteriana (BW) e Moko. Os mecanismos de virulência e resistência foram anotados e o repertório de Rips foi predito para cada um dos isolados. Corroborando com estudos anteriores, o pangenoma de RSCC é aberto, devido à baixa quantidade de genomas representativos sequenciados. As informações genômicas de tamanho esperado e quantidade de sequências codificantes também corroboram com as descritas para R. solanacearum disponíveis no NCBI. Todos os 14 novos genomas sequenciados se agrupam no filotipo II, com similaridade acima de 96%, sendo cinco isolados do filotipo IIB e nove do filotipo IIA. Ademais, quase todos os genomas classificados como R. solanacearum no NCBI pertencem a outras espécies do complexo, como revelado pelas novas análises filogenômicas. No total, 43 Rips foram compartilhadas entre todos os 14 isolados. O repertório de Rips dos isolados Moko IIB foi mais homogêneo, exceto pelo isolado B4, que apresentou 10 Rips não compartilhadas entre os outros quatro isolados. O repertório de Rips dos isolados IIA foi mais diverso, tanto para os isolados BW quanto os de Moko. Curiosamente, os novos isolados BW compartilharam mais Rips com isolados de Moko IIA e Moko IIB do que com outros genomas públicos de isolados brasileiros de BW. As Rips que não foram compartilhadas dentre todos os isolados podem contribuir para a virulência individual, enquanto Rips comumente compartilhadas podem ser bons candidatos de avirulência. O alto número de Rips compartilhadas entre os novos isolados de Moko e BW sugerem que talvez estes isolados sejam capazes de infectar hospedeiros vegetais da família Solanaceae. Análises de enriquecimento funcional dos genomas dos 14 isolados revelaram a presença de genes para proteínas estruturais do sistema de secreção tipo III, genes hrc/hrp e reguladores AraC. A análise de interação proteína-proteína com Rips, genes estruturais do T3SS e reguladores transcricionais conseguiu identificar 70 de 89 candidatos no genoma de B4 com 203 interações. A delimitação de repertórios gênicos específicos para cada filotipo do complexo via análises pangenômicas oferece alvos potenciais para a prospecção de kits diagnósticos para isolados dos respectivos complexos. Por fim, este estudo abre novas perspectivas para ensaios de infecção e expressão gênica de Rips para melhor elucidar a associação entre o repertório de efetores e a especificidade de hospedeiro, além de auxiliar na compreensão de regulação gênica durante a patogênese.
Abstract: Strains of Ralstonia solanacearum species complex (RSSC) cause several phytobacteriosis in many economically important crops worldwide, especially in the tropics. In Brazil, phylotypes I and II are causal agents of bacterial wilt, preventing their distinction. In turn, Moko disease is caused only by phylotype II strains. Analyses with the genomes of RSSC strains suggested that many virulence factors and secretion systems were involved in successful pathogenicity. Subsequently, studies focused on the suite of secreted molecules of R. solanacearum revealed an extremely diverse secretome composed mostly of type III effectors (T3Es), or Ralstonia injected proteins (Rips). The secretome plays essential roles in bacterial recognition, subversion of host defense mechanisms, metabolic modulation, cell wall degradation, host specificity, and other yet unknown functions. In this work, we sequenced and characterized 14 new RSSC isolates from northern and northeastern regions of Brazil belonging to bacterial wilt (BW) and Moko ecotypes. The virulence and resistance mechanisms were annotated and the Rips repertoire was predicted for each isolate. Corroborating with past studies, the RSCC pangenome is open, as α ≅ 0.77. The genomic information of expected size and amount of coding sequences (CDSs) also corroborates with those described for R. solanacearum at NCBI. All the 14 new genomes sequenced cluster in phylotype II with similarity above 96%, with five isolates in phylotype IIB and nine in phylotype IIA. Furthermore, almost all genomes classified as R. solanacearum in NCBI actually belong to other species of the complex. In total, 43 Rips were shared between all 14 isolates. The Rips repertoire of the Moko IIB isolates was more homogeneous, except for isolate B4, which had 10 Rips not shared among the other four isolates. The Rips repertoire of the IIA isolates was more diverse in both BW and Moko isolates. Interestingly, the new BW isolates shared more Rips with Moko IIA and Moko IIB isolates than with other public genomes of Brazilian BW isolates. Rips that were not shared among all isolates may contribute to individual virulence, while commonly shared Rips may be good candidates for avirulence. The high number of shared Rips among the new isolates of Moko and BW suggests that these isolates may be capable of infecting the Solanaceae plants. Functional enrichment analyses of the genomes of the 14 isolates revealed the presence of genes for structural proteins of the type III secretion system and hrc/hrp genes and AraC regulators, however, failed to identify most of the effectors predicted for the repertoire. The protein-protein interaction with Rips, T3SS structural genes, and transcriptional regulators analysis was able to identify 70 of 89 candidates in the B4 genome, 203 interactions and an average degree of 6.03 per node. The delimitation of specific gene repertoires of each phylotype in the complex via pangenomic analyses offers potential targets for diagnostic kits to detect isolates of the respective complexes. Finally, infection and Rip gene expression assays in different hosts are needed to better elucidate the association between the effector repertoire and host specificity, to aid in the understanding of gene regulation during pathogenesis.
Subject: Bioinformática
Genômica
Ralstonia solanacearum
Sistemas de Secreção Bacterianos
Especificidade de Hospedeiro
language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
metadata.dc.publisher.department: ICB - DEPARTAMENTO DE BIOLOGIA GERAL
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Bioinformatica
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/72581
Issue Date: 20-Dec-2022
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